电容电流测量

电容电流测量（精选八篇）

电容电流测量 篇1

由于电网的扩充, 供电系统的电容电流也越来越大。供电线路出现单相接地故障后, 接地电流产生的电弧如不能自行熄灭, 则产生弧光接地过电压, 危及健全相的绝缘, 造成两相接地短路等严重后果。规程规定电容电流不能超过一定值, 否则应采取补偿措施。如何简单而准确的测量出系统的分布电容, 便成了保证电力系统安全运行的重要问题。

在条件许可时, 可采用直接接地法, 将被测线路的某一相接地进行测量。直接接地法能测量真实的接地电容电流, 结果准确, 但危险性大, 该方法原则上不采用。

2 间接法

2.1 中性点直接短接法 (见图1)

在未合上K之前测出V的值U, 合上K后测出A的值I。当K合上后其等值电路见图2。

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2.2 中性点外加电容法

接线见图3, 由节点电压法得:

Cf=0时, V即为系统正常运行时的中性点位移电压U0, 此电压是由于CA、CB、CC不相等和UA、UB、UC不对称引起的。即U0为:

中性点外加电容法测量系统电容电流的特点:

1) 在电网有中性点引出时, 使用该方法比较方便, 接线简单, 不需对电网进行倒闸操作, 试验时对电网电压基本上不会产生影响。是测试中、低压电网电容电流比较常用的方法。

2) 如果三相电压对称, 会遇到中性点不对称电压和位移电压过低, 影响测试精度, 甚至无法测量的现象, 如果中性点外加电容不合适会引起中性点电压变化不大, 可直接采用中性点直接短接法测量。

3) 采用中性点外加电容法测量系统电容电流, 测试结果与系统频率无关, 既使电网中性点有高次谐波电压, 也不影响测量结果。测量时在中性点所加电容器的容量能使中性点电压有明显的变化, 并测准中性点电压, 误差主要是表计误差, 测得的电流值即为系统三相对地电容电流值。

4) 试验时, 无论中性点电压有多高, 或者为零都应视作高压带电设备, 如系统发生单相接地时, 中性点会出现等于相电压的高电压。

2.3 偏置电容法

在没有中性点引出的系统中, 不能采用中性点外加电容法测量, 这时可以采用偏置电容法进行测量。

假设在任一相上加上已知电容Cf, (如A相) , 测量加偏置电容前后的相电压, 即可算出三相对地电容。设各相对地电容相等, CA=CB=CC=C0, 各相对地电压也对称, 加上偏置电容Cf, 后, 中性点产生偏移电压UOO’, 如图4所示, 利用节点电压法得:

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由于Ua=Uφ, 加上偏置电容Cf后的A相电压

式中I′C=2πfCfUφ, 即偏置电容Cf在电压Uφ时流过的电流。

只要测出流过偏置电容的电流和加偏置电容前后的相电压Uφ和Uφ′, 即可算出三相对地电容电流, IC的大小。

试验可采用带电作业方式, 用另壳棒把相电压引到绝缘子M上, 再用绝缘棒投切电压表和偏置电容Cf, 这样投切电容Cf, 时所引起的电弧就发生在绝缘子M上, 不会在相线上起弧而引起相间短路。试验时切记要对电容器Cf, 充分放电;接触相线的另壳棒要待试验操作完毕后才能脱离相线, 方可保证人身和电网的安全。

3 在线测量法

在线测量单相接地电容电流的方法主要是用于自动跟踪补偿消弧线圈中, 其主要特点是利用系统固有的各部件, 通过微机采集相应的数据计算出系统的单相接地电容电流。测量的主要方法有位移电压曲线法、中性点位移电压 (电流) 相位法及在线实时测量法。

3.1 位移电压曲线法

系统正常运行中的零序等值网络见图5。图中L —消弧线圈;XC—系统对地容抗;EO—系统不平衡电压。

当系统中XC一定时, 调节消弧线圈L, 则可得到中性点位移电压UO与消弧线圈感抗XL的关系曲线, 称为位移电压曲线见图6。

根据位移电压曲线可知:

1) 位移电压UO最高时, 电感感抗最接近容抗, 因消弧线圈各档感抗为已知数, 所以可知对地电容容抗, 从而计算出系统接地电容电流。

2) 调节消弧线圈至某一档, 测得中性点位移电压UO1, 再调节消弧线圈至相邻档, 测得中性点位移电压UO2, 假定调档过程中EO不变, 则有:

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因为: I01=U01/XL1= (U01/U相) IL1

I02=U02/XL2= (U02/U相) IL2

IL1、IL2为消弧线圈铭牌上的各档电流

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IC=U相/XC= (U01IL1-U02IL2) / (U02-U01)

IC即为待测系统的接地电容电流。该方法由于在测量时必须进行调档操作, 存在如下缺点:

1) 有载开关调节频繁, 减少了开关的使用寿命, 故障率及检修维护工作量增大。

2) 无法将测量周期压缩至很短, 实时性差, 系统接地电容发生变化时, 不能及时发现实现最佳补偿。

3) 必须设置测量起调条件, 一般用位移电压为参考量, 当UO变化不是因系统对地电容变化引起时, 会进行无谓调节。

3.2 中性点位移电压相位角法

参照图5可画出零序回路阻抗三角形如图7。

设XLi, Ii 是上一档的电抗和电流, (i+1) 是下一档的数值;θ为两档电流的夹角;φ为同档电压和电流的夹角。

1) 调档时, 由图7可知:

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所以:undefined, 即tanφ值可通过两档电流之间的夹角求出。

又因, undefined

所以可推出:

undefined根据以上公式可推出XC:

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2) 不调档时, 零序回路阻抗三角形由图8所表示。

tan (ϕ+θ) = (X′c-XL) /R

X′c=Rtan (ϕ+θ) +XL

此时, θ为消弧线圈分头不调时, 因系统电容变化引起的两次电流采样值之间的夹角。

因IC= U相/XC , 最后可求得IC。

该方法巧妙地运用了中性点位移电压 (电流) 的相位, 只在系统刚开始运行时调节一次档位, 计算出脱谐度, 然后通过采集数据, 利用简单的数学公式计算出系统对地的容抗, 克服了位移电压曲线法需频繁调节消弧线圈的缺点。

3.3 实时电容电流测量法

1) 在装置投入运行时, 首先用特殊的方法测出不平衡电压EO。

2) 然后每隔3秒测量一次U相、UO、IO, 则根据图1知

E0=U0-I0XCIC=U相/XC=U相I0/ (E0-U0)

该算法的优点:测量过程中不需进行调档操作, 减少了有载开关操作次数;测量周期短, 只要系统对地电容发生变化, 在不大于3秒时间内, 装置可测量出系统的对地电容, 并根据测量值调节分头。

4 结束语

综上所述

1) 考虑到安全因素, 原则上不采用直接接地测量方法。

2) 当系统有中性点时, 中性点外加电容法是最有效、可行的测量方法, 无中性点时可加接地变压器, 人为增加一个中性点。

3) 偏置电容法的操作和计算都不如中性点外加电容法简便、安全, 但这种方法适用范围广, 不受有无中性点引出的影响和电网不对称度的影响, 测量结果不受谐波分量的影响。对无中性点的系统不需增加接地变压器, 因此可根据系统状况选用。

4) 在自动跟踪补偿系统中, 应优先采用中性点位移电压 (电流) 相位法、电容电流实时测量法, 避免有载开关频繁调节, 延长有载开关的使用寿命, 减少维修工作量。

参考文献

[1]韩涛.一种现场测量系统电容电流的方法[J].河北电力技术, 2007, (1) :5-7.

[2]郭建清, 李晓东, 宋景东, 等.小电流接地系统电容电流的测量方法[J].山西电力技术, 1999, (3) :22-24.

电容电流测量 篇2

【关键词】单相接地；对地电容电流；煤矿高压电网

0.引言

近年来，随着矿井井型的增大，井下用电设备的增多，煤矿机械化程度的提高，供电线路逐渐增加，煤矿高压电网的单相接地电容电流也在增大，给供电系统的正常运行带来一系列安全性和可靠性问题。随着接地电容电流的增大，降低了电缆的绝缘程度，易形成绝缘击穿从而发生两相或三相短路故障，当电网的接地电容电流增大到一定值后，接地故障点电弧便难以自熄，容易引起间隙电弧过电压。为减少煤矿安全事故发生的可能，必须对煤矿高压电网的单相接地电容电流进行准确的治理和补偿，因此准确计算煤矿供电系统对地电容电流具有重要的现实意义。

1.电网单相接地电容电流的理论计算

煤矿10kV高压电网中性点不接地系统可以由图1模拟表示。

图中，、、为电网各相相电势，C～C为各线路每相对地分布电容，C为电力系统中其它线路与设备的一相对地总电容，I=i+i+i+i+i为电力系统单相接地电容电流。当配电网发生A相单相接地故障时，故障点的接地电容电流由式I=3?棕CU计算，其中C=C+C+C+C+C为配电网一相对地总电容值，E为电网的相电压，大小为10000/。从而可见，在配电网中，供电电缆长，电缆越粗，则电网的对地电容就越大，接地电流也越大。煤矿配电网中性点不接地系统单相接地故障时，有如下的故障特征：流过所有非故障线路零序电流的方向相同，故障线路零序电流方向与非故障线路相反，且故障线路电流突变的幅值大于所有非故障相的幅值，其值为所有非故障相的幅值之和。

图1 6kV中性点不接地模拟电网

2.煤矿10kV供电系统单相接地电容电流的实用精确计算

通常情况下，煤矿高压电网中计算电缆和架空线路的电容电流，再加上电气设备的对地电容电流，作为电力系统总的单相接地电容电流。本文提出了一种综合考虑电缆参数、天气系数及高压电器增值系数的煤矿6kV高压电网对地电容电流的精确理论计算方法。该计算方法克服了原有公式选择电缆参数单一的缺点，根据不同电缆参数、天气因素及高压电器增值系数选用不同计算参数，有效提高了计算结果的精度。

2.1电缆对地电容电流

在煤矿10kV高压电网中，发生单相接地故障时，电缆的电容电流计算如下：

I=K•U•L （1）

式中K=(95+hS)/(2200+6S)；L为电缆的长度(km)；S为电缆芯线横截面积(mm²)；U为电缆线路的额定电压(kV)；h为电缆截面系数，见表1，如 h=3.3。

表1截面系数h

Tab．1 The section modulus

2.2架空线路对地电容电流

根据经验架空线路对地电容电流远小于电缆线路，煤矿10kV高压电网的架空线路均无架空地线，系统发生单相接地故障时，架空线路电容电流可由下式计算：

I=1.1×4.2U×L×10 （2）

式中L为线路长度(km)；U为架空线路额定线电压(kV)。

2.3电气设备对地电容电流

由经验知10kV电气设备的单相接地电容电流约为架空线及电缆对地电容电流总和的0.18倍，从而可精确计算在分列运行状态下，以各段10kV母线为电源的相对独立的煤矿高压电网单相接地电容电流。计算如下：

I=KK(?撞+?撞I) （3）

式中I为相对独立的高壓电网发生单相接地故障时的电容电流；K为天气系数。阴雨天时K=1.05，天气晴朗干燥时K=1；K为电力系统中所接高压电气设备的增值系数，在10kV高压电网中K=1.18；?撞为该高压电网中所有带电运行的架空线路单相接地电容电流之和；?撞I为该高压电网中所有带电运行的电缆路单相接地电容电流之和。

3.计算实例与结果验证

以内蒙古某能源公司敏东一矿为例验证改进计算方法的准确性。煤矿高压供电系统110kV地面变电所由两路的架空线路供电，截面240mm²、长度32km，110kV侧采用全桥接线，两台型号为SFZ11-20000/110kV主变压器的中性点经变压器中性点间隙接地保护装置接地，地面10kV为单母线接线方式并由断路器分为两段。煤矿高压电网地面110kV变电所的两段10kV母线上共引出3回240mm²、0.9km下井电缆到井下的井下主变电所。井下共有14台10kV矿用隔爆型移动变电站，5座10kV配电点，10kV移动变电站采用单回路供电，10kV配电点均采用双回路供电，母线分段运行方式。

10kV电网单相接地电容电流的计算如下。

地面110kV变电所10kV母线I段:这里计算煤矿高压电网中生单相接地故障时，该段母线上的线路或设备的接地电容电流。

3.1 10kV母线I、Ⅱ段段各类线路的基本参数

(1) 架空线路：35mm²／2×6km。

(2)电缆线路：

地面10kV母线I段直属：240mm²／2×0.9km、240mm²／0.08km、185mm²／0.36km、50mm²／0.42km、35mm²／1.55km；

地面10kV母线Ⅱ段直属：240mm²／0.98km、185mm²／0.36km、50mm²／0.42km、35mm²／1.55km。

井下主变电所I段：150mm²／4.1km、95mm²／0.2km、70mm²／1.1km、50mm²／6.8km、35mm²／6.3km；

井下主变电所Ⅱ段：150mm²／3.2km、95mm²／0.2km、70mm²／1.1km、50mm²／6.9km、35mm²／6.3km。

3.2母线I段各类线路总长度及单相接地电容电流

(1)架空线路：总长度L=6km由公式(2)

得：I=1.1×4.2U×L×10=0.277A ；

(2)电缆线路：240mm²电缆，总长度L=1.88km，K=0.2437，由公式(1)得：I=K•U•L=4.5816A；

(3)185mm²电缆：总长度L=0.36km，K=0.2131，I=0.7672A；

(4)150mm²电缆：总长度L=4.1km，K=0.1903，I=7.8023A；

(5)95mm²电缆：总长度L=0.2km，K=0.1612，I=0.3224A；

(6)70mm²电缆：总长度L=1.1km，K=0.1431，I=1.5741A；

(7)50mm²电缆：总长度L=7.22km，K=0.1282，I=9.256A；

(8)35mm²电缆：总长度L=7.85km，K=0.1164，I=9.1374A；

3.3母线Ⅱ段各类线路总长度及单相接地电容电流

(1)架空线路：总长度L=6km由公式(2)

得：I=1.1×4.2U×L×10 =0.277A；

(2)电缆线路：240mm²电缆，总长度L=0.98km，K=0.2437，由公式(1)得：I=K•U•L=4.5816A；

(3)185mm²电缆：总长度L=0.36km，K=0.2131，I=0.7672A；

(4)150mm²电缆：总长度L=3.2km，K=0.1903，I=6.0896A；

(5)95mm²电缆：总长度L=0.2km，K=0.1612，I=0.3224A；

(6)70mm²电缆：总长度L=1.1km，K=0.1431，I=1.5741A；

(7)50mm²电缆：总长度L=7.32km，K=0.1282，I=9.3842A；

(8)35mm²电缆：总长度L=7.85km，K=0.1164，I=9.1374A；

3.4地面10kV母線I段的单相接地电容电流

由式(3)考虑不利的阴雨天气K1取1.05，电气设备增值系数K2取1.18。所以?撞I=33.441A，可得I=KK(?撞+?撞I)=33.718A。

该值已超出安全生产所允许最大值20A的规定，并且与专用电容电流测量仪器实测结果(31.2A)相吻合。

3.5地面10kV母线Ⅱ段的单相接地电容电流

由式(3)考虑不利的阴雨天气K1取1.05，电气设备增值系数K取1.18。所以?撞I=29.6632A，可得I=KK(?撞+?撞I)=29.9402A。

该值已超出安全生产所允许最大值20A的规定，并且与专用电容电流测量仪器实测结果(28.8A)相吻合。

4.计算结果分析

配电系统电容电流测量方法的研究 篇3

1 电容电流基础知识

电容电流的产生:电力系统中的线路和设备都存在一定的对地分布电容, 在交流电压作用下, 就会产生电容电流, 特别是在配网系统中, 随着系统规模的扩大、电力线路和设备不断增加以及电缆线路的大量投运, 使得电容电流越来越大。

系统电容电流主要包括线路对地电容的电流和设备对地的分布电容产生的电流, 一般情况下, 架空线路的电容电流比同样长度下的电缆电容电流小的多, 而电力设备的电容电流比电力线路小得多, 故通常只计算电缆和架空线路的电容电流。

大量资料表明, 10k V配电网系统单相接地时电容电流的工程计算法为[1]:

(1) 电缆线路:Ic (28) KUL

式中Ic为电容电流, A;UL为系统线电压, k V;I为电缆长度, km;, 其中S为电缆芯线截面, mm2。

(2) 绝缘架空线路:Ic (28) 62ULL10-3

式中Ic为电容电流, A;UL为电压, k V;I为电缆长度, km。

(3) 普通架空裸导线系统线

当电网稳定运行时, 在不考虑系统参数和相电压误差的情况下, 三相对地电容大小相等, 相位相差120度, 其矢量和为0, 中

性点无电流流入。

由于配网系统往往直接面向用户供电, 系统情况复杂, 系统参数也不可能完全对称, 因此, 运行中的配网系统中总是存在电容电流。更为严重的情况是当系统发生单相接地或间歇性电弧接地时, 中性点电位升为相电压, 其他两相电压将在震荡过程后上升为线电压, 流过接地点的电容电流为其他两相电压在其对地电容上产生的电流矢量和。

在不稳定单相接地过程中, 将对电网造成间隙性电弧接地过电压, 这种过电压的幅值有时可达相电压的3~5倍或更高, 往往会造成电网薄弱环节被击穿, 甚至发展成相间短路, 还可能引起电缆着火、避雷器爆炸等事故。另外, 当配网系统出现单相接地故障时, 非故障相电压升高, 可能造成系统中的电磁式电压互感器铁芯饱和, 引起互感器烧毁等事故, 严重威胁电网的安全稳定运行。

2 电容电流测量方法

目前电容电流测量方法很多, 有单相金属接地法、中性点外加电容法、TV开口三角信号注入法、中性点信号注入法等。本文详细介绍上述几种测量方法, 并结合现场实际, 比较各种方法的优缺点。

2.1 单相金属接地法

在较早时期, 测量电容电流一般采用单相金属接地法。这种方法利用一个断路器来操作, 在配电线路上人为造成一个单相金属性接地点, 利用电流互感器直接测量入地点的电容电流。这种方法需要的操作及安全措施非常繁杂, 而且有可能在试验过程中危及非接地相绝缘薄弱处的绝缘, 造成相间短路, 很不安全。整个试验工作对试验人员和配网系统的安全均构成危险。由于这种方法存在上述的缺点, 20世纪80年代后一般很少采用。目前均使用更为安全的方法测量电容电流——间接测量法。

2.2 中性点外加电容法

中性点外加电容法测量系统的电容电流应在系统无补偿的情况下, 在变压器或者接地站用变的中性点对地接入适当的电容量, 测量中性点的对地电容, 然后用计算的方法间接得到系统的电容电流。

中性点不接地系统在正常运行时, 由于三相不可能完全对称, 系统中性点对地电压并不等于0, 由中性点KCL定律可得 (2.1) 式。当在中性点串入一个电容量为0C的电容器时, 此时中性点KCL定律为 (2.2) 式。

将式 (2.1) 简化得式 (2.3) :

将式 (2.2) 简化得式 (2.4) :

将式 (2.3) 除以式 (2.4) 得式 (2.5) :

令C (28) CA (10) CB (10) CC, 得式 (2.6) :

其中U01为加了外加电容中性点的不平衡电压, U0为没有加外加电容中性点的平衡电压。

2.3 TV开口三角信号注入法

TV开口三角信号注入法的原理图如图6所示。从母线的TV二次侧开口三角注入幅值相同、频率不同的正弦电流信号, 其中CA、CB、CC分别表示三相对地电容。若在图6中TV二次侧注入一个恒电流I0, 则在A、B、C三相分别在TV一次侧感应出3个大小相等, 相位相同的零序电流IA、IB和IC。在三相对地电容较为平衡的时候, 这三个零序电流不能在电源和负载之间流通, 只能通过线路及线路的对地电容, 构成回路流通。实际计算中一般认为各相TV特性相同, 三相对地电容值也基本相同。设TV变比为n, 则。基于上述原理, 图6所示测量电路等效原理图如图7所示。

因此TV一次侧的感应电压如式 (2.8) 所示, TV二次侧的零序电压如式 (2.9) 所示, 进而推得TV二次侧的零序电压U0和注入的电流I0的关系如式 (2.10) 所示[2]。

通过式 (2.10) , 为了求解出电容C的方程组, 需要注入两个频率不同, 幅值相同的电流信号, 可以测量到两组电压、电流的矢量, 通过运算可求出不同注入频率下的等效复阻抗Z1、Z2。设2个注入电流的频率分别为f1、f2, 利用这两组测量结果, 分离出相应的实部和虚部, 得到可以联立的两个方程:

求解电容:

配电网的电容电流值。

TV开口三角信号注入法注入电流的频率不同, 配电网线路对地的电容的电抗XC和TV的漏抗XL也不同。频率选的越高, 漏抗XL越大, 容抗XC越小, 则通过测量总阻抗来计算电容C的难度越大;频率越低, 漏抗XL越小, 容抗XC越大, 越能增大XC对XL的比重和增加计算的稳定度。但频率越低, TV励磁回路的影响就越大, 因此也增加了电容电流的测量误差。

TV开口三角信号注入法最大的优点为测量时不涉及一次设备, 安全性高, 且接线简单测量方便, 但在实际测量中该方法受以下几个方面因素干扰给试验人员来带不便:

(1) TV二次消谐装置必须断开连接;

(2) 必须正确输入TV的变比;

(3) TV中性点消谐电阻必须退出。

2.4 中性点信号注入法

TV开口三角信号注入法大大增加了现场试验人员的工作量, 给测量带来了极大的不便, 因此, 近年来出现了中性点信号注入法进行电容电流测量的仪器。长沙电业局目前使用的邯郸联捷电子生产的GW-2005电容电流测试仪采用的方法就是中性点信号注入法。通过采用特定频率标准信号从供电系统的中性点注入电网, 由测量仪取样电路从供电系统的中性点注入电网, 由测试仪取样回路电路唯一地收集流过系统对地分布电容电流, 并经过精密矢量跟踪与测量 (幅值比较法) , 精确地得出运行方式下系统对地的分布电容及电容电流大小。

GW-2005电容电流测试仪的基本原理如图8所示[3]。

AC220V给电源模块上电自检, CPU板设置参数 (电压等级、测试日期、变电站代码、中性点类型) , 然后进行测量。信号板经副机 (10k V电容器和高阻电流) 向系统中性点注入信号电流I0矢量, 经副机回收由I0产生的零序电压U0矢量, 通过滤波放大电路、矢量修正、A/D转换及信号调校模块调节流过测试仪内标准电容的电流, 改变标准电容的电压。经CPU换算得到分布电容值C及电容电流I0。

原理图

中性点信号注入法可以在接地站用变、并联电容器组的中性点或者人为设置电容器组的中性点进行测量。在正常情况下, 一次中性点为三相不平衡电压, 数值较低, 但若在测量电容电流的过程中发生单相接地故障, 中性点电压将上升为相电压, 容易对试验人员造成伤害。因此在测量过程中应采用必要的安全措施, , 如带绝缘手套, 使用绝缘杆进行操作, 同时在测量过程中还需要运行人员配合完成对隔离开关的拉合操作。

3 电容电流测试仪的校验

目前, 电力系统广泛开展配网系统电容电流测量, 采用的电容电流测试仪多种多样, 方法也不尽相同。试验人员反映个别仪器测量精度不高, 某些地方误差能达到50%以上。因此如何对电容电流测试仪进行校验日益重要。湖南省电力科学研究院自主研发了一套全自动电容电流测试仪校验装置, 可以对国内所有基于“异频信号注入法”的电容电流测试仪进行校验, 比如采用TV开口三角信号注入法、中性点信号注入法的电容电流测试仪进行校验。

该套校验装置基于两项基本要素设计而成, 其原理在于使用高精度电容器代替现场测试中零序回路的线路分布电容, 即使用已知电容量的集中电容作为校准装置的“标准源”, 电容电流测试仪测得的结果与该“标准源”进行比较校验。此外本装置特制多档位三相高压TV代替现场TV, 用印刷电路模拟出一个微缩的配网系统, 并和电容器组构成与现场实际类似的零序回路。校验时电容电流测试仪通过注入异频信号进入这个模拟的零序回路, 并测量给定的电容将得出系统电容量及电容电流大小, 将测量值与给定值进行比较及可得出校验结果, 此外标准源的电容值可大范围可调, 可以校验所有量程的电容电流测试仪。

通过电容电流校验仪可以甄别出厂家电容电流测试仪产品的优劣, 能为今后电容电流测试仪设备的选购提供参考依据, 也可以作为产品合格与不合格的判断标准用于仪器设备的检测。

4 总结

本文详细介绍了4种电容电流测试方法, 其中TV开口三角形注入法, 代表产品为苏州海沃HC-1, 该方法操作简便, 安全性高, 但较多变电站TV中性点接有消谐电阻, 需退出才能进行, 需要在运行人员和二次人员的配合下完成作业, 该方法测量结果受TV变比、TV漏抗等因素影响较大, 测量误差较大且数据重复性差;中性点注入信号法代表产品为邯郸联捷GW-2005, 操作简单, 测量结果较为准确, 但是在一次中性点测量时, 存在高压触电的危险, 需要采用必要的安全工器具。

针对目前电容电流测试仪产品存在部分产品测试不准的现象, 对电容电流测试仪进行校验势在必行, 精确的仪器是保证测试数据准确的前提。本文介绍了一款电容电流测试仪校验装置。该校验装置的研制可以大大保证新采购电容电流测试仪的测试准确性。

参考文献

[1]冉启鹏, 陈欣, 代正元, 等.1OkV配网系统电容电流的测算[J].云南电力技术, 2010, 39 (6) :46-49.

[2]赵正军, 姜新宇.信号注入法在配电网电容电流测量中的研究[J].广东电力, 2004, 17 (6) :25-28.

电容电流测量 篇4

关键词：电容电流,PT,开口三角测量信号注入

1 前言

随着城市规模不断扩大, 其电力负荷相应提高, 配电网馈线也在逐渐增多, 目前我国配网 (6~10 k V) 中多采用小电流接地系统, 即中性点非直接接地。而10 k V配网馈线采用的是地下电缆, 其电容电流越来越大, 若发生单相接地故障会造成电弧无法熄灭, 长时间运行容易使故障扩大为两点或多点故障, 容易诱发弧光接地过电压, 其过电压的幅值为3.5倍的相电压, 威胁整个系统的绝缘, 破坏电网安全运行。[1]用简单的描述就是配电网发生故障时很大原因是由于出线尤其是电缆单相出线发生接地故障时电容电流大产生电弧, 该电弧无法正常熄灭造成的。因此我国电力部门针对此现象制定一系列措施, 其中针对10 k V配电网要求其电容电流小于30 A, 如果大于规定值就要加装消弧线圈, 减小电容电流。而35 k V电网要求该电容电流值小于10 A。另外, 电压互感器含有铁芯, 因为其铁芯呈现非线性, 当系统发生故障或者大的扰动和操作时, 铁芯的非线性电感会由于其电流的迅速升高而慢慢饱和, 当电压互感器中的非线性电感正好与线路对地电容相匹配时, 就会在电压互感器中的电感和线路对地电容的两端激发起很高的电压, 即铁磁谐振, 配电网的对地电容值的大小与系统能否发生铁磁谐振过电压有内在联系, 所以测量对地电容值对电网安全性非常重要, 必须要准确测量。

检测电网系统的电容电流电流主要有直接法和间接法。前些年采用直接法测量电容电流时试验人员利用的是比较传统的办法—单相金属接地法, 通过将配网馈线使其单相发生接地从而进行试验, 流入大地的容性电流利用电流互感器来直接测量, 这种方法操作过程复杂、安全风险较大, 目前已很少采用[2]。

2 中性点电容法

很多单位的电气试验班组检测电容电流的主要手段是在接地变的中性点外加电容来检测, 该方法条件是在电网无补偿的条件下进行的。测试前, 运维人员要拉开接地变压器的中性点接地刀闸, 使消弧线圈退出运行。

(1) 注意如果中性点电压大于300 V, 不能开展试验, 因为此时电压三相严重不对称。如果三相电压对称, 常常会遇到中性点不对称电压很低, 测试精度会受到影响, 无法得到实测值, 现场检测时有时常遇到如下情况, 比如外加电容值选择不当导致中性点电压浮动很小, 遇到此情况常采用将变压器的中性点直接进行短接来测量电容电流值。

(2) 在检测电容电流时, 就算变压器中性点的电压值为零也视为高压危险带电体, 变压器中性点断开时如果检测时恰好某条线路单相发生接地故障, 中性点电压此时会抬高至相电压, 会危及到电气试验人员的人身安全。测量时操作绝缘棒人员应带绝缘手套、穿绝缘靴绝缘棒碰触变压器中性点时间应尽可能短, 在读数完毕后立即断开, 读表人员宜站在绝缘垫上。

3 二次侧信号注入法

该方法绝大多数是在变电站母线电压互感器的开口三角处接配网电容电流测试仪器进行测量的

在测量时一些工频干扰源的影响很大, 为了减弱带来的干扰, 将非工频的电流即频率不等于50 Hz的电流注入到电压互感器的开口三角处, 此时电压互感器的一次侧会感生出零序电流, 根据零序电流的性质:其一, 三相电流的大小和相位一致;其二, 电源和负荷侧没有零序通道, 形成不了回路。零序电流只能在电压互感器和出线对地电容形成通路。通过所检测的非工频信号的大小, 就可以得到对地电容值, 进一步根据公式可以得到电容电流值[3]。

二次侧信号注入法的现场使用以下几个方面必须要考虑给予重视:

(1) 查看用以检测的母线电压互感器一次侧是否接有高电阻的消谐器, 如果检查发现安装了高阻消谐器就要立即将其短接脱离系统。但没有必要全部短接, 现场有些电压互感器没有接高阻消谐器, 可以在此电压互感器开口三角处注入检测信号进行检测, 减少工作量。

(2) 对于接地变来讲要求接入的消弧线圈必须全部断开脱离系统, 有些出线接到其它变电站也要将其变电站的消弧线圈退出运行, 只退出本站消弧线圈是无法测量的。

(3) 针对母线电压互感器的二次侧接有消谐装置是否要退出运行, 要视具体情况而定。有些开口三角处所接的消谐装置对检测没有影响, 可以不用退出运行。因为有些装置是由微机控制的, 当谐振发生时装置才启动, 这一类消谐装置对检测电容电流没有影响。

(4) 使用检测仪器时要选择电压互感器开口三角的接线方式和变比, 检测时上述因素会直接影响测量值, 原因是测量值不是电网的电容电流值, 而是两个变比的比值的平方与真实电容电流值的乘积。为了得到准确的电容电流数值, 要明确设备的具体情况, 选择正确的开口三角接线方式和电压互感器的变比。

4 现场实例分析

我单位检修分公司电气试验班对110 k V西城变电站和110 k V双楼门变电站进行了配网电容电流测试现场比对上述两种测试方法。其测试结果如下表:

本次测试用的2台各自不同方法的测量仪测量配网电容电流, 与各站消弧线圈控制器测量值测量结果相比, 二次侧信号注入法误差由于从二次加压注入信号传递到一次侧时会带来一些励磁损耗, 给测量带来误差。但该方法大大减小了测试过程中的危险性, 总体误差在5%以内测试结果是可以接受的。

5 结语

综上所述, 中性点电容测试方法具有一定危险性, 需要将测试设备与一次带电部分相接触, 仍存在一定安全风险或影响供电可靠性, 二次信号注入法其测原理是从母线电压互感器二次开口三角形注入信号源, 向配网发出特定频率的信号, 同时分析反馈信号, 并计算出配网对地电容以及电容电流值。相比上述从一次侧测量, 该方法优点在于整个测量过程中脱离了具有高压危险的一次侧, 试验人员的安全保障大大的提高, 且测量不影响电网的正常运行。运维人员无需再做一些繁琐的安全措施, 电容电流值可以在母线电压互感器的开口三角处得到, 意味着所用的仪器只接于二次侧低电压, 避免了一次侧高电压危及试验人员。

参考文献

电容电流测量 篇5

我国6 kV、10 kV和35 kV等电力系统,采用中性点不接地方式运行,当系统发生单相接地时,可允许一定时间带电故障运行。随着电力系统的扩大,电缆、出线不断增多和加长,系统分布电容随之加大,单相接地后流经故障点的电流急剧增加,以至产生很强的间隙弧光接地过电压,使电力设备损坏[1,2]。为使系统发生单相接地时不起弧或自然灭弧,大多在中性点对地加装补偿消弧线圈,通过测量系统的电容电流,对消弧线圈进行预调,将系统单相接地时的电感电流和电容电流相抵消后的残流控制在起弧电流以下。

测量系统电容电流的方法有多种,但都有一定的局限性,本研究将介绍一种新型的外加信号测量法。

1 消弧线圈调档测量计算法的分析

中性点加装补偿消弧线圈的系统,电容电流测量虽有幅值法、相位法、幅值相位法之分。但其基本原理都是通过调整消弧线圈的档位(即调整RLC串联回路的电感量)而进行测量与计算[3,4]。简化原理电路如图1 所示。现将个各种测试法简述如下。

u b d—系统不对称电压;C—电网对地分布电容; L—消弧线圈电 感;R—消弧阻尼电阻;TV—电压互感器;TA—电流互感器

1.1 幅值法

本研究通过调整消弧线圈档位,找出RLC串联回路电流i0(或中性点位移电压u0)的最高点,即谐振点,利用谐振点容抗XC和感抗XL相等而得知容抗XC和电容电流iC。一般再高调一档,使系统处于过补状态, 当系统变化,使i0(u0)变化超过设定值范围时,再重新调档,求取新的电容电流。

1.2 相位法

本研究通过调档,测取RLC回路两档的电流i01、i02和两档之间的相位差Φ,算出电容电流iC,利用残流id 起调,将消弧线圈一次调到使残流小于接地起弧电流的档位。当外系统发生变化时,相位随之改变,利用新的回路电流和相位差,重新计算iC,进而调档。

1.3 幅值相位法

本研究通过调档找i0(u0)最高点,即谐振点,从而得知系统电容电流iC,并高调一档,使之处于过补状态,然后监视回路电流i0和相位Φ。当系统外电路发生变化时,相位 Φ随之改变,利用相位改变量,计算出新的电容电流,更新显示并利用残流起调。

2 消弧线圈调档测量计算法的缺陷

(1)利用调档找谐振点,求取iC的方法,测量误差较大,除回路电流i0、中性点位移电压u0的测量误差外,ic最大误差为消弧线圈两档电感电流差的一半。

(2)回路阻尼电阻较大,无功率Q值较低时,回路电流i0 或位移电压u 0曲线平坦,两档幅值相近,区分较难,谐振点不易找准。

(3)采用高压电缆的电网系统,不平衡电压ubd或中性点位移电压u0特别小时,两档间的幅值差更小,更不容易测准。

(4)当空气湿度发生变化,如阴天、下雨,系统阻尼等参数发生较大改变,使位移电压u0或相位Φ发生变化而出现频繁调档。

3 外加信号单频测量法

3.1 原理分析与计算

简化原理电路如图2所示。

C—电网对地分布电容;L—消弧线圈电感;R—阻尼电阻;TA—电流互感器;P1、P2—消弧线圈内附电压互感器TV引出端;nm—TV在各档变比

由图2可知,外加频率信号(42 Hz)ufi从P1、P2注入,消弧线圈两端的电压为:

RC支路的等效电流为:

由式(1,2)可得:

ufi、if可测,nm 、R为已知,所以Xcf可算出。

Xc f 转换为50 Hz的容抗为:

系统的电容电流为:

式中:uAB—系统电压。

当阻尼电阻R远小于消弧线圈感抗XLi以及老式消弧线圈未接阻尼箱,R≈0时,Xc f 计算公式(3)可简化为:

对6 kV、10 kV电网系统,本研究可采用固定变比为 n 的外附TV直接测量中性点对地电压,即直接测量分布电容C 两端电压,则:

式中:u ′f—外附TV次级电压。

3.2 实际测试与挂网运行

本研究采用外加信号单频测量法和104微型工控机的消弧线圈控制器,在某电力单位进行了全面测试。

本研究模拟10 kV配电网,接地变中性点接消弧线圈,改变消弧线圈档位和接入电容,对电容电流进行测试[5,6,7,8,9,10],其结果如表1所示。

本研究采用外加信号单频测量法的控制器,先后在十堰、威海等20余处挂网,其测量准确,运行稳定,操作调整简便,无频繁调档现象,深受用户好评,已投入批量生产。

4 结束语

电力系统电容电流外加信号单频测量法是目前测量精度较高的测量法,特别是电网阻尼大,回路Q值低或位移电压很小时,对测量更为有利。尤其在系统电容量过小或过大、消弧线圈档位调到最大、其他测量法不能测量时更显示其优越性。

研究结果表明,该研究为优化电网电容电流测量法的设计与应用提供了一定的帮助,在实际工程应用上具有一定的指导意义。

参考文献

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矿井井下电容电流的危害和治理 篇6

我国从1955 年起矿井供电网络即采用变压器中性点不直接接地的供电系统, 为何要采用中性点不直接接地, 而不采用中性点直接接地的供电系统, 主要从以下两点考虑:

( 1) 变压器中性点直接接地的供电系统, 三相对地电压为系统的相电压, 人身触电电流为系统相电压与人身自身电阻的比值, 因为矿井井下潮湿的环境, 人身电阻很小, 通常阻值为1000Ω, 拿380V的供电系统来说, 在矿井井下潮湿的环境中, 一旦发生触电事故, 人身的触电电流为220 ÷ 1000 = 220m A。人身触电安全电流为30m A, 可见, 变压器中性点直接接地方式, 对井下的工作人员来说, 触电事故的安全隐患太大。不适合井下的供电系统。

( 2) 变压器中性点直接接地的供电系统, 一旦其中某一相发生接地故障, 相当于系统发生短路故障, 单相接地的短路电流过大, 容易引自接地点的接地电弧, 在矿井井下会发生瓦斯或者煤尘的爆炸事故。

根据《煤矿安全规程》要求, 在矿井中使用的高压电网, 其单相接地电流电容必须在20A以下。因为在我国矿井井下现在已形成的高压供电系统中, 均采用变压器中性点不接地的运行方式, 此种运行方式下, 当供电系统中变电容量过大时, 会产生较大的单相接地电容电流。超过一定定值的单相接地电容电流可能会引起电气性质的火灾。《煤矿安全规程》规定, 在矿井井下接地网中, 任何一点的保护接地的接地电阻值不能超过2Ω, 又考虑到安全电压的最高值为42V, 所以, 从如果发生单相接地故障时产生的接地电压不能超过42V, 单相接地电容电流必须限制在20A以下, 否则会引起煤矿井下生产的安全问题。

由上可知, 在煤矿井下相对特殊的环境中, 我们的矿井供电网络只能采用变压器中性点不直接接地的供电系统, 这样, 就导致了井下的供电网络中存在着大大小小的电容电流, 那么, 在煤矿供电电网中的电容电流会造成哪些危害呢?

( 1) 在煤矿供电电网系统中, 采用变压器中性点不直接接地供电系统, 如果其中一相因绝缘受外力或者其他原因发生破损而产生接地故障时, 此时发生接地故障的这一相的对地电压变为零, 而在三相中未发生故障的其他两相的对地电压则会迅速升高, 达到电网的线电压, 从而使击穿绝缘造成相间短路。非故障的两相对地电流迅速增加, 即变成线电流。这样, 在任意一相接地故障点的接地电流为另外发生故障其他两相的对地电容电流的矢量和, 可知, 发生故障的接地点的电流为电网正常运行时的对地电容电流的3 倍。

( 2) 根据相关规定, 我们知道通过人体的极限安全电流数值为30m A, 在煤矿井下存在瓦斯的情况, 根据以往对电火花的电流值处于多少能引爆井下瓦斯气体的实验可知, 若是电火花能引起井下瓦斯爆炸, 以及电火花能引起井下的煤尘爆炸, 所学要的电火花的电流值均高出人体触电的极限电流值。

在煤矿井下的生产过程中, 会有大量的涌水或滴水情况, 从而导致了井下潮湿环境, 当金属导体处在相对潮湿的环境中, 当发生单相接地故障时, 产生的电容电流进入大地中而形成杂散的电流。如果杂散电流的值超过30m A, 会对人身产生安全隐患, 一旦大量的杂散电流超过电火花引爆瓦斯的安全电流值, 会容易引发瓦斯爆炸事故, 可知井下供电电网中的产生的电容电流的大小对引发电雷管爆炸事故的出现有着很大的关系。

( 3) 在开关能否正常开断电器回路, 与供电电路中存在的电弧大小有很大的关系, 在矿井的供电系统中存在着电容电流, 电容电流的大小, 影响着电弧的大小, 若系统中电容电流很大, 在断路器开断电气通路时所产生的电弧的能量就很大, 对矿井井下的电气设备的性能和电缆的绝缘就会产生影响, 容易发生电气相间短路的故障, 从而发生井下的瓦斯、煤尘的爆炸事故, 给矿井的生产及安全带来很大的危害。

( 4) 引发瓦斯爆炸。在我国, 每年都会发生煤矿瓦斯爆炸事故, 这严重威胁了工作人员的生命安全以及企业的经济利益。由于高压电网电流的故障, 很容易引发井下瓦斯爆炸, 造成重大的人员伤亡。

( 5) 接地电弧过高压。电网供电过程中, 由于发生绝缘损坏接地现象, 就会造成电容电流增大, 电流增大后接地电压就会随之变大, 这时电网在故障接地点处就会发生一定容量的电弧, 产生的这类电弧为间断式弧光。正式产生的这种间断式的电弧的作用, 接地电容和电感构成的电路就要发生振荡现象, 产生系统过压的状况。经过相关的假设计算可以知道, 当高频电流过零点时, 电弧就会熄灭。但是也不能完全确定, 电弧的不断持续就会引发系统过高压相对严重。在供电系统中存在着相互电容, 并且电弧中也有电阻存在, 加上系统自身的消耗, 电路振荡就会逐渐的衰减。通常情况下, 系统过压值会达到正常状态的三倍。

根据以上分析, 针对煤矿井下特殊的生产环境, 在矿井供电系统必须采用变压器中性点不直接接地的供电系统, 而随之产生点电容电流也会给煤矿带来以上所论述的危害。下面主要针对井下电容电流的治理, 提出几点对策:

( 1) 严格按照国家规定, 矿井供电电网的建设中, 严禁井下的配电变压器中性点接地。井上发电机或者变压器的中性点直接接地时, 同样也不能向井下供电。将是中性点接地的供电系统进行改造, 安装消弧线圈, 从而进行接地保护措施。消弧线圈能够产生电感性电流, 该电流可以和单相接地导线产生的电容性电流发生相互抵消。这样就会削弱单向接地产生的电容电流, 使单相接地的电流值≤20A。这样, 因单相接地产生的电弧就会随着电容电流的减少而自行熄灭, 从而避免了因电弧长时间燃烧而使电力设备受损的情况, 保护了电力系统。

( 2) 采取相应的措施, 将煤矿供电系统单相接地电容电流限制在20A以下, 可以再煤矿供电系统设计在变压器中性点装设电容电流补偿装置, 或者尽可能地缩短电网的供电距离。根据以下电容电流的估算公式, 可知供电的电缆线路越短, 随之产生的电容电流的值越小。

电缆线路电容电流的估算计算方法:Ic=0.1×Up×L

式中:Up-电网线电压 (k V) ;L-电缆长度 (km) 。

( 3) 将矿井井下供电系统中易发生单相绝缘损坏后的接地点和带有危险电压的构件、支架以及电气设备的外壳和屏蔽护套做好接地工作, 形成一个完善的接地网网络。按照相关规定, 接地网的电阻值应该小于或者等于2Ω。

( 4) 在中性点不接地系统中, 当单相接地电流超过规定的数值时, 电弧不能自行熄灭。一般采用经消弧线圈接地措施减小接地电流, 使故障电弧自行熄灭。这种方式称为中性点经消弧线圈接地方式。消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈, 线圈本身电阻很小, 感抗很大, 感抗值可用改变接入绕组的匝数加以调节。在电压为3 - 60k V系统, 当电容电流超过规定值, 电弧不易熄灭时, 中性点应经消弧线圈接地。

向矿井中供电的井下中央变电所以及地面上的变电器等, 在它们的高压馈线上的单相接地保护装置应该安装具有选择性的; 在低压馈出线上, 为了保证在出现设备绝缘损坏接地或者发生了触电等危险情况下, 能够自动切断故障馈电线路, 需要安装具备选择性的漏电保护装置以及能够进行检漏的装置; 在高压馈线上, 应该装具有选择性的动作跳闸单相接地保护装置。

( 5) 对系统的运行方式进行改进。在煤矿企业中, 很多矿井供电系统的运行方式采用的都是并列运行, 可以对这种运行方式进行改进, 改为分列式运行方式。这种分列的运行方式就可以看作是把一个大型的供电系统进行分解, 分解成的两个或者多个小型的供电系统, 这些小型供电系统的总供电量和一个大型的供电系统供电量相同。但是这种方法也有局限性, 在一些大型的矿井中并不使用。

( 6) 加强对井下接地系统的检测和管理。在煤矿生产过程中, 由于煤尘等会产生大量的污染, 使矿井下的环境变得十分恶劣。位于井下的供电电网容易遭到恶劣环境的危害, 导致电网系统锈蚀以及断线等现象的发生。针对这种情况, 企业需要安排相关工作人员进行井下电网检修工作。为了及时发现故障隐患, 要求企业减小检测周期, 保证故障能够被及时发现, 防患于未然; 对于那些需要时常变换位置的机电设备, 每换一次位置都要进行一次测量, 确保接地电阻值在规定范围内; 每天对低压漏电保护装置进行一次跳闸试验, 确保跳闸装置处于正常工作状态。

通过以上的论述, 在煤矿的供电系统中, 井下电网中性点接地方式决定了单相接地电容电流值的大小。应根据测试的系统单相接地电容电流值的大小, 来选择合适的中性点接地方式这对煤矿电网的安全运行具有重要的意义。在《煤矿安全规程》中457 条明文规定“矿井高压电网, 必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A”。因此说, 正确的测量、了解煤矿电网的单相接地电流情况, 在煤矿前期的供电系统设计时考虑限制单相接地电容电流的措施, 对于保证矿井的安全生产有着重要的意义。

摘要：煤矿电网中电力系统能否安全运行与中性点接地方式的选择有很大的关系, 这也是煤矿电网的建设中应该重视的主要问题。本文对井下高压电网电流电容的危害进行了分析, 并提出几点防控措施。

关键词：井下供电电网,中性点不接地,电容电流,电气安全,治理

参考文献

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井下低压电网电容电流的自动补偿 篇7

1 煤矿井下低压电容存在的危害及如何测量

人身触电电流受到很多方面因素的影响, 电容是一个重要的方面, 从形成人身触电电流的公式中可以看出绝缘电阻对操作安全的影响受到低压电缆电容大小的影响, 为了保证工作人员在安全的环境下工作, 电容几乎要为零, 可调感性支路的设置要注意位置, 选择在大地和人为中性点之间是和电感电流与电容电流的方向有关, 二者在并联电路中流动的方向相反, 因此在感性支路的作用下, 漏电电流会降低, 从而实现抵消的效果。测量电容电流有多种方法, 其中直接法需要采用单相金属接地法, 而中间法所涉及的方法则比较多, 有偏置电容法、中性点外加电容法等, 在这篇文章中, 选择偏置电容法, 因为在所有测量井下电缆电容电流中, 这个方法有很多独特的优势, 独立性强是一个重要的方面, 这种方法受干扰的可能性比较少, 电网不对称度几乎对其没有影响, 煤矿井下电网的中性点是不接地的, 因此是否有中性点也无关紧要, 这种方法可以使试验在多种环境下进行, 比如说变电所内和分支内都不会影响最终的结果, 接线在偏置电容法的情况下并不复杂, 而且还可以提高供电的安全性。偏置电容法的广泛运用离不开这种方法的工作原理, 三相电容的测量需要加上已知电容和电容前后的电压, 在相对地电容相等的情况下, 电压会呈现对称的现象, 因此在偏置电容的影响下, 偏移电压就会产生。

2 低压电容电流补偿器的硬件设计

现场低压电缆的电容情况对继电器的投切有很大的影响, 而电容情况的获得需要采集电压数据, 而且只有对这些数据进行合理分析后才能够对电容电流进行补偿。电容电流补偿器需要相关的硬件电路才能使整个的设计顺利地完成, 比如说复位电路、液晶显示功能和采样电路都是重要的硬件电路, 在设计的过程中要特别关注。

2. 1 选择处理器

DSP芯片对于低压电容电流的补偿有很大的影响, 因此在选择的时候要严格考查其性能的优劣程度, 美国的TMS32LF2407 型DSP芯片在功能上的优势使其成为一个好的选择, 这种芯片既有控制器外设功能, 同时又能够处理实时信号, 在供电的时候不需要很高的电压使其能够产生很高的工作效益, 控制器的能耗也会因此受到影响; 该芯片的最小转换时间比较短, 因为这种芯片在工作的时候最多可以提供16 路模拟输入的A/D, 而且这种处理器的输入/输出引脚可以单独编程, 而且在数量方面也有很大的优势。除了这些优点外, 其高性能处理能力也对用户有很大的吸引, 而且高速运算能力在一定程度上增加了人们选择这种处理器的可能。电容电流补偿器的硬件结构的组成部分之间是相互影响的, DSP处理器的信息输出主要依靠显示器, 并且需要操作键盘才能读取这些信息, 而电压转换之前的各个环节要注意顺序, 这种独特的结构对该处理器的性能有很大的影响。

2. 2 采样电路

TMS32LF2407 芯片对于送来的电压信号的大小是有要求的, 为了使电压信号能够控制在AD采样的最大限度内, 电压互感器的使用有很大的必要, 因为并不满足条件的电压信号在经过这种处理后才能够满足要求, 但是并不是每一种互感器都是可以用来转换的, 因为外界的干扰会对这种信号产生很大的影响, 除此之外, 还要调理电路也需要加以考虑, 因为它的抗干扰会影响转换的质量。采样电路对电压有严格的要求, 而转换电路则会改变电压, 二者只有在符合条件的前提下才能够继续运行, 在送入A/D转换器之前还需要对信号进行低通信号滤波。这个过程中的每个环节都要重视, 因为它们之间的影响是相互的, 都会对低压电容电流的补偿造成很大的影响。

2. 3 执行单元

光耦器件817 的隔离功能能够控制信号的电压, 这是继电器在工作过程中所要采用的技术, 这对保证DSP的完整无损有很大的作用, 由于继电器的供电电源和DSP的存在很大的差异, 所以, 在引入电压的时候很容易会受到高电压的影响而影响DSP的功能。井下低压电网电容电流的补偿状态需要密切关注, 因为外部环境的变化会对其造成很大的影响, 电缆长度的变化影响电感, 因此在整个过程中要做好检测工作, 这有利于补偿处于最佳的状态, 如果电感出现问题而没有得到及时的处理, 那么补偿不足或者过度补偿的现象就会发生。线圈匝数的变化会受到零序电抗线圈的抽头的影响, 而其与D的接通会受到继电器的控制, 所以电感电抗值也会受到影响。

执行电路中电压接通后能够测量出偏置电容前后的电压和电容电流, 这主要和其中的控制补偿器和电网中的某一相的电压接通有很大的关系。继电器的开关特性能够对很多系统产生影响, 这使得其有很广的运用范围。电子电路的使用对于继电器的接口作用有直接的影响, 因为在整个过程中需要和一些机械设备发生关系, 所以这就使继电器有更多的用途。光耦合器有很强的隔离作用, 这主要是针对输入和输出的电信号而言的, 因此人们也称之为光电隔离器, 它的这种功能使其拓宽了运用范围, 比如说各种电路中也能运用光耦。

3 电容电流补偿器的软件设计

3. 1 总体思路

补偿器自身的功能需要采集和执行环节来实现, 信号的采集需要通过采集电路来实现, 而执行需要执行电路来实现, 但是在执行之前还要对收集来的信号进行处理, 这个处理是通过DSP来完成, 模拟写号要通过很多的环节才能完成处理, 在进入A/D转换器时需要经过模拟输入通道才能实现, 在完成输入后, 还要借助DSP来计算三相电容, 之后才能得到合适的电感, 在这个过程中还要对继电器进行严格的控制。这种设计思想需要发挥一些程序的作用, 比如说A/D采样程序设计, 在对DSP程序进行设计时要根据总的设计思想进行, 这样才能使补偿方法更具合理性。

3. 2 DSP程序设计

分析电压信号中的数据量是一个很重要的设计环节, 这对整个软件的设计起着关键的作用, 信号数据量的准确性受到傅立叶变换这个环节的影响, 因为这个环节的运算需要采样点的信息, 电容的计算也受到傅立叶变换的影响, 因此在这个环节运算的时候要特别注意, 而电容的结果又是投切滤波器的重要依据。在整个DSP设计图中, 电压信号是在初始化之后获得的, 而初始化之后的环节会对执行机构投切继电器造成影响。

3. 3 软件抗干扰

补偿器的状态很容易出现不稳定, 这和所受的干扰有很大的关系, 因此为了使软件有更强的抗干扰性能, 监控措施的采用很有必要, 特别是程序出现死机的时候, 这些措施能够通过死锁检测来保证程序的正常运行, 比如说看门狗就会经常用来增加软件的抗干扰力; 如果程序出现严重的干扰, 而监控措施难以修复的时候, 这就需要通过自动复位来解决这种问题。程序在受到外来的干扰后很容易出现跑飞的情况, 扭转这种局面需要设置相关的陷阱, 而这些软件陷阱的设置也有具体的位置要求, 未使用的中断向量区就能够满足设置的要求, 除此之外, 空白程序区也能够实现程序的正常运行; 程序在一些情况下会出现混乱, 有效解决这种混乱需要改变指令的长度, 冗余的指令的输入能够强化程序的功能。

4 结论

低压电网电容电流自动补偿器的功能是多方面的, 其中保证矿工的人身安全是主要的方面, 这种功能的实现需要发挥DSP的作用, DSP能够实时检测低压电缆的电容, 而感性电流和电容电流相关抵消还需要电感, 对监测的数据进行计算是这种方法形成的一个重要环节。井下低压电网电容电流的自动补偿需要在规定的条件下进行, 其中低压电网的电容的下降幅度是一个方面, 只有在0. 1μF以下才能够保证触电电流对员工的生命安全没有威胁。

摘要：井下供电在传统的方式下很容易产生一些问题, 大电容值对井下工作人员的生命安全会造成很大的威胁, 因此, 煤矿行业需要改变低压电缆的供电装置, 要利用电容电流自动补偿器来降低电容值, 这样才能够使供电更加安全, 这种方法有自己的技术核心, 在具体的设计方面也有独特的特点, 因此要深入分析这种方法, 从而为实际运用做好各方面的准备。

关键词：低压电缆电容,电抗,DSP,自动补偿

参考文献

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10kV配网系统电容电流的测算 篇8

电力系统中的线路和设备都存在一定的对地分布电容, 在交流电压作用下, 就会产生电容电流, 特别是在配网系统中, 随着系统规模的扩大、电力线路和设备不断增加以及电缆线路的大量投运, 使得电容电流越来越大。当电网稳定运行时, 在不考虑系统参数和相电压误差的情况下, 三相对地电容大小相等, 在系统未接地时, 三相对地电容电流数值相等, 相位相差120°, 其矢量和为零, 中性点无电流流入。由于配网系统往往直接面向用户供电, 系统情况复杂, 系统参数也不可能完全对称, 因此, 运行中的配网系统中总是存在电容电流。更为严重的情况是当系统发生单相接地或间歇性电弧接地时, 中性点电位升为相电压, 其他两相电压将在振荡过程后上升为线电压, 流过接地点的电容电流为其他两相电压在其对地电容上产生的电流矢量和, 在不稳定单相接地过程中, 将对电网造成间隙性电弧接地过电压, 这种过电压的幅值有时可达相电压的3 ～5倍或更高, 往往会造成电网薄弱环节被击穿, 甚至发展成相间短路, 还可能引起电缆着火、避雷器爆炸等事故。另外, 当配网系统出现单相接地故障时, 非故障相电压升高, 可能造成系统中的电磁式电压互感器铁芯饱和, 感抗变小, 当互感器的感抗和系统对地容抗出现匹配时, 将会产生铁磁谐振过电压, 引发熔断器熔断, 互感器烧损等事故, 严重威胁电网的安全稳定运行。

配网一般直接面向用户进行供电, 配网的可靠性决定了供电的靠靠性, 而配网的故障很大程度是由于线路单相接地时电容电流过大, 接地电弧无法自行熄灭所引起的。因此, 对电容电流采取有效的限制措施势在必行, 而前提是必须对系统的电容电流进行准确测算, 以测算结果为依据, 提出合理、有效的应对措施, 才能确保系统的安全稳定运行。

2 电容电流的理论计算方法

系统电容电流主要包括线路对地电容的电流和设备对地的分布电容产生的电流, 一般情况下, 架空线路的电容电流比同样长度下的电缆电容电流小得多, 而电力设备的电容电流比电力线路小得更多, 故通常只计算电缆和架空线路的电容电流。

大量资料表明, 10 kV配电网系统单相接地时电容电流的工程计算法为:

2.1 电缆线路

Ic=KUL (2.1)

式中Ic为电容电流, A;UL为系统线电压, kV;l为电缆长度, km;undefined, 其中S为电缆芯线截面, mm2。

2.2 绝缘架空线路

Ic=62·UL·L·10-3 (2.2)

式中Ic为电容电流, A;UL为系统线电压, kV;L为电缆长度, km;62指系统是电缆绝缘架空线路。

2.3 普通架空裸导线

Ic= (2.7～3.3) UL·L·10-3 (2.3)

式中Ic为电容电流, A;UL为系统线电压, kV;L为电缆长度, km;2.7指系统是无架空地线的线路;3.3指系统是有架空地线的线路。

同时考虑以下各因素的影响:

1) 变压器典型值每相4000pF。

2) 浪涌吸收电容器每相按0.5～1.0μF。

3) 低压侧影响率λ, 其中, 为变电所主变容量, kVA。

4) 配电装置影响率ε。变电所配电装置的影响使电容电流增加值, 10 kV约为15%～20%。

3 电容电流的现场测试方法

虽然我们可以通过对输电线路的型号、长度等进行统计, 估算出对地电容和电容电流的大小, 但是, 由于受系统运行方式、线路实际长度、线路布置以及运行环境等诸多因素的影响, 要掌握系统对地电容电流的大小和它的特性, 还必须进行实测。

测试电容电流的方法主要有单相金属接地法、偏置电容法、人工中性点法、中性点外加电容法、中性点外加电压法、注入信号法等。单相金属接地法、偏置电容法、人工中性点法、中性点外加电容法和中性点外加电压法都需要接触到一次设备, 对电力设备和人身安全、系统安全运行等都有一定的威胁, 特别是单相金属接地法、偏置电容法和人工中性点法, 都是直接在高压线路上外接测试设备, 危险性较大。

目前常用的是异频信号注入法, 即在系统的母线电压互感器二次开口三角端注入幅值相同、频率不同的电流信号, 采用高性能A/D采样回路和数字信号处理器, 对注入的测量信号进行计算分析, 从而得出被测结果。测试时是从电压互感器的二次侧测量系统的电容电流, 高压设备不用停电, 工作人员也不需要接触高压设备, 工作时不存在对系统和人身的安全威胁, 测试时间较短, 工作安全性和工作效率大大提高。测试时由于注入的是微弱的异频测试信号, 因此不会对系统继电保护和电压互感器本身产生任何影响, 又不受50 Hz工频信号的干扰。其测量的原理如图1。

PT二次绕组La, Lb, Lc组成开口三角形。若在PT开口三角端注入一个变频电流, 则在高压侧LA, LB, LC, 三相分别感应流出电流i1、i2、i3, 感应出的零序电流将通过PT的漏阻抗和电网对地的电容形成回路, 等值电路如图2所示。图2中, Zm=Rm+Xm为PT绕组的励磁阻抗;分别为PT绕组的漏电阻、漏电抗;线路的单相对地电容C一般在0. 1～30μF, 其对应的阻抗为几百欧姆到儿千欧姆, 远小于电压互感器的励磁阻抗 (兆欧级) , 所以流过PT的励磁电流可以忽略不计[2]。如果三相PT励磁特性一致, 则认为PT高压侧三相流出的电流是相等的, 即i1=i2=i3, 其大小由注入的变频电流i0确定。假设变频电流源注入电网的电流信号的频率分别为f1、f2, 对应的角频率分别为ω1=2πf1, ω2=2πf2, 则相应的阻抗分别为:

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由式 (3.1) , (3.2) 可得系统对地电容值C的表达式

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测量两组电压、电流的矢量, 通过运算可以求出不同注入频率下的Xm, 便可以计算出单相对地电容电流值IC:

IC=2πf50HZC·UΦ (3.4)

式中:为电网频率;为系统的相电压;C为单相对地电容;为系统单相对地电容电流值。

4 理论值与现场测试结果的对比

4.1 电容电流现场测试结果

测试前将系统中的并联电容器组、电抗器组、消弧线圈等无功补偿型设备及PT中性点安装的消谐器退出出运行, 保证测试结果的准确性。现场测试结果如表1～2所示:

以上测试采用的测试方法为异频信号注入法, 采用DRY-2和LXSDJ-2两套电容电流测试仪进行对比测试, 这两套设备都是基于异频信号注入法的原理设计的。测试结果表明, 在正常情况下, 两套仪器的测试数据基本一致, 也就是说大部分变电站都可以通过从母线PT开口三角处注入异频电流信号的方法测出配网系统电容电流;而在异常情况下, 两套测试仪器所测出的数据相差较大, 表明两种测试仪器都有一定的精度范围, 当系统电容电流值超出仪器的精度范围时, 测试结果可能与实际值不符, 此时需要寻找新的测试方法来解决。

4.2 现场测试结果异常变电站的理论计算值

为了进一步验证现场测试结果的准确性, 开展了理论计算工作, 计算的依据主要是根据各分局提供的线路资料和昆明供电局配电GIS系统, 并根据前述配网系统电容电流的工程计算公式进行计算。由于理论计算工作量非常大, 不可能对所有的变电站都开展, 而只对现场测试结果偏大或异常的变电站进行理论计算。

由于各分局提供的线路技术资料中没有用户侧的, 主干线中也存在设备已更换而资料未更新的情况, 而配电GIS系统还处于试运行阶段, 其中的信息尚不完善, 给计算前的统计工作造成了极大困难。另一方面, 对于工程计算公式中经验系数的选取由于没有依据, 也很困难。因此, 在计算电容电流时, 根据所掌握的资料, 按照计算公式中经验系数的最小和最大值分别进行计算, 从而得出一个估算范围。

4.3 理论计算值与现场测试结果偏差原因

1) 现场测试方法不当。这种情况往往二者差距较大, 通过采取适合的测试方法可以解决。

2) 系统运行方式的变化。计算算时是按最大运行方式考虑的, 而实际运行方式并不一定是最大方式, 导致计算值和现场测试结果产生差异。

3) 理论计算公式经验系数的选取不合理。特别是配变低压侧低压电缆的影响, 尚无可靠依据。

4) 城区内环网和T接线路较多, 掌握的资料不全, 在统计时易产生遗漏。

5) 用户侧设备的技术资料本身不完善, 所掌握的又只是其中的一部分, 对低压侧影响的估算没有依据, 只能全凭经验, 导致计算结果与实测结果产生偏差。特别是对于接有工业用户的, 因为对其内部线路状况、用电设备的性质和接线方式等不能准确掌握, 理论计算值和实测结果可能产生较大偏差。

6) 根据实际情况, 理论计算值和现场测试结果之间的偏差在±20%范围内时可以判定现场测试结果正常。若超过±20%, 则应通过不同运行方式下的多种测试方法所得到的数据来进行综合判断。

4.4 对现场测试中典型异常情况的分析

4.4.1 系统母线PT接线方式为4PT

1) 洛羊变:

中性点PT二次为两绕组串联, 且串联绕组两端有二次引出线。这种情况可在二次引出线注入型号, 设置测试仪器内置PT变比为与系统中性点PT一致, 则两套设备测量结果均正常。4PT时若测试仪器的内置PT变比设置与系统中性点PT变比不一致, 则测试结果异常。

2) 桃源变:

测试仪器的内置PT变比与系统中性点PT变比无法设置成一致, 测量误差较大。采用1PT法从10kV接地变压器中性点处测量, 结果正常。

4.2.2 电容电流过大

1) 如东川变和洛羊变, 测试结果出现了999.9A的情况, 而且两套设备的测试结果差异较大。经分析, 这和设备的测试范围有关, 因为根据测试设备的工作原理, 注入变频恒流信号源时, 注入电流信号的频率是从最小到最大逐渐增加的, 当达到谐振频率 (角频率) 和最大频率 (角频率) 时, 记下相应参数进行计算。所以, 当谐振频率低于测试仪器设置的最小频率时, 仪器判断谐振频率为无穷小, 根据, 将判定为无穷大, 进而计算出为无穷大, 造成测量结果异常。

2) 东川变10kVⅢ段母线2009年多次测试结果均异常, 而2007年的测试结果为47.8A。据了解, 10kVⅢ段母线上多条出线接有小水电, 还接有几个大型冶炼厂, 由于2009年测试时期为雨季, 电站正处于发电期, 经分析10kV系统内 (包括相连的小水电) 有限弧线圈类无功补偿设备未退出运行, 对现场测试的干扰很大, 所以测试结果异常。而2007年测试时间为12月份, 当时为枯水期可能小水电处于停发状态, 因此测试结果较为正常, 所以建议东川变在枯水期再进行复测, 尽量消除水电站的影响。

4.4.3 电容电流为零

安宁变采用两套不同设备测试结果均为零。经调查后发现, 10kVⅠ、Ⅱ段母线PT均为电容式, 其电感几乎很低, 这时谐振频率很大或根本达不到谐振。根据仪器的测量原理, 当谐振频率超出其最大频率时, 将会判断谐振频率为无穷大, 由于, 设备会判定为无穷小, 进而计算出为零。这种情况可以用外加电容法和1PT法进行测试。

5 结 论

以上主要对10kV配网系统电容电流的工程计算方法和现场测试方法进行了概述, 同时对二者存在偏差的原因进行了分析, 提出:

1) 理论计算只能估算出一个范围, 给现场测试提供参考, 而不能取代现场测试。

2) 根据我局的实际情况, 理论计算值和现场测试结果之间的偏差在±20%范围内时可以判定现场测试结果正常。若超过±20%, 则应通过不同运行方式下的多种测试方法所得到的数据来进行综合判断。

3) 理论计算值与现场测试结果存在差异的原因主要是:

a.现场测试方法不当;

b.系统运行方式的变化;

c.理论计算公式中经验系数的选取不合理;

d.城区内环网和T接线路较多, 掌握的资料不全, 在统计时易产生遗漏;

e.对用户侧的技术资料掌握不全, 导致对低压侧影响的估算不准确。

4) 系统母线PT接线方式为4PT时, 测试前应将测试仪器内置PT变比设置成与系统中性点PT一致, 若无法设置成一致, 则无法用异频电流注入法测试, 建议用1PT法直接从10kV接地变压器中性点处测量。

5) 用异频电流注入法测试时, 当谐振频率低于测试仪器设置的最小频率时, 仪器判断谐振频率为无穷小, 根据, 将判定为无穷大, 进而计算出为无穷大, 反之则计算出为零, 将导致测试结果异常, 此时可以采用外加电容法和1PT法等方法进行测试。

6) 理论计算和现场测试结果均表明, 南窑变、雨龙变、机场变、白龙寺变、张官营变和西华变电容电流值偏大, 原来安装的消弧线圈容量已经不能满足补偿要求, 根据测算结果重新计算了消弧线圈容量, 除西华变外都进行了更换。对于西华变, 由于目前国内还没有单台补偿能力能满足要求的消弧线圈, 考虑在用户侧进行分布式补偿的方式来解决。

7) 东川变10kVⅢ段母线由于接有多个小水电, 由于在丰水季节小水电处于发电期, 运行有无功补偿类设备, 对测试结果干扰较大, 导致测试结果异常, 建议在枯水期小水电停运后再进行测试。

摘要：对10kV配网系统电容电流的工程计算公式和现场测试方法进行了概述, 同时对21个变电站电容电流现场测试结果进行了统计分析, 对现场测试结果偏大和异常的变电站进行了理论计算, 并对二者存在偏差的原因进行了分析。针对测算结果偏大和异常的情况以及现场测试中的几种典型异常情况提出了解决方案。

关键词：配网,电容电流,危害,测试,计算方法

参考文献

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